PRoAtom - Что же такое «естественная безопасность»

А.Ю.Гагаринский

ЧАСТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ГОСУДАРСТВЕННОЙ КОРПОРАЦИИ ПО АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ «РОСАТОМ» «ИННОВАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ЦЕНТР ПРОЕКТА «ПРОРЫВ» - так называется организация, которой доверена и оплачена забота о «ядерных энерготехнологиях нового поколения», - по-видимому, отчиталось перед заказчиком о НИОКР за 2013 год, и этот отчет (далее - отчет-2013) могли видеть по крайней мере некоторые специалисты отрасли. Состоялась научно-практическая конференция «Новая технологическая платформа атомной энергетики. Проект «Прорыв». Материалы ее доступны в Интернете.

Можно прочитать заявление гендиректора «Росатома», с присущей ему четкостью описавшего содержание первого, завершившегося этапа: «Восстановление научно-технического потенциала, формирование соответствующих коллективов и техзаданий».

Надо понимать, что период «засучивания рукавов» прошел и настало время практической реализации, когда для специалистов отрасли есть не только объективная возможность познакомиться с ходом разработки проекта, но и основания вернуться к настойчивому внедрению в реакторное сообщество термина «естественная безопасность», тем более, что в заглавии отчета-2013 содержится дефиниция о «реакторах, отвечающих принципам естественной безопасности», а базовый доклад на конференции по проекту «Прорыв» говорит уже о «ядерной энергетике естественной безопасности».

Это тем более своевременно, ибо «только переход на новые технологии «естественной безопасности» открывает возможности крупномасштабного внедрения ядерной энергетики в решение проблем устойчивого развития, комплексно позволяет решить накопившиеся проблемы и ответить на новые вызовы». По крайней мере, так считают четырнадцать ведущих экспертов отрасли, опубликовавшие этот манифест («Концептуальные положения стратегии развития ядерной энергетики России в XXI веке» (издательство ОАО «НИКИЭТ», 2012 год, стр. 6).

Сразу скажем, что с одной из самых «священных коров» апологетов «ествественной безопасности» случилась неувязка. Доказательство возможности ограничения максимального запаса реактивности величиной Β_эфф (эффективная доля запаздывающих нейтронов), как одного из «наиболее существенных требований к проектам РУ в рамках проекта «Прорыв», авторы отчета-2013 откладывают и предлагают снять это требование для головных блоков РУ БРЕСТ и БР-1200. Пришлось признать, что «проведенные расчеты и оценки показывают практическую невозможность удовлетворения требованиям ТЗ» по ограничению запаса реактивности с учетом неопределенностей, на что давно указывали независимые эксперты (см., например, В.Д.Давиденко и др., «Атомная энергия», т. 112, вып. 6, июнь 2012 г.). Можно констатировать, что эксплуатировавшийся многие годы едва ли не главный постулат «естественной безопасности» не выдерживает научной проверки.

Отметим, кстати, искусственность критерия безопасности ρ < Β_эфф. Стоит напомнить, что действующие федеральные «Правила ядерной безопасности реакторных установок атомных станций» допускают введение положительной реактивности с шагом не более 0,3Β_эфф, а, например, период разгона реактора при ρ » 0,8Β_эфф составляет 1 секунду, что вряд ли приемлемо в постулируемом авторами случае, когда «меры по компенсации избытка реактивности отказали».

Но все-таки, что же это такое - «естественная безопасность»? Развернутое объяснение этого термина не слишком легко найти в трудах участников проекта «Прорыв». Обычно сообщается, что принципы «естественной безопасности» «выработаны и теоретически обоснованы», с отсылкой к различным документам, вплоть до утвержденной российским правительством в 2000 году «Стратегии развития атомной энергетики России». Дальнейшие «раскопки» приводят в конце концов к двум авторам, при всем уважении к которым представляется, что их частное мнение, казалось бы, должно детально обсуждаться в научных отчетах, обосновывающих огромные государственные затраты.

Для попытки дать оценку требований «естественной безопасности» приходится пользоваться кратким их перечислением в уже цитировавшемся труде, опубликованном ОАО «НИКИЭТ». Приведем эти требования дословно:

·         «исключение аварий, требующих эвакуации, а тем более отселения населения, а также выводящих из хозяйственного использования значительные территории;

·         полное использование энергетического потенциала добываемого сырья;

·         радиационно-эквивалентное обращение ядерных материалов в топливном цикле с сохранением природного радиационного баланса;

·         технологическое усиление режима нераспространения ядерного оружия за счет исключения наработки и выделения в топливном цикле чистых ²³⁵U и Pu оружейного качества, а также постепенного отказа от использования в ядерной энергетике технологий разделения (обогащения) изотопов урана;

·         обеспечение конкурентоспособности ядерной энергетики в сравнении с другими видами энергогенерации».

Первый тезис об устранении необходимости эвакуации населения не вносит ничего нового в принятую сегодня в мире и России концепцию безопасности ядерной энергетики и вполне соответствует базовым принципам МАГАТЭ «обеспечивать сравнимость риска от радиационного воздействия… с соответствующим риском от других промышленных установок аналогичного назначения», а также требованиям к новым ядерным установкам обеспечить «отсутствие дополнительных ограничений к их размещению, по сравнению с энергетическими объектами, основанными на других технологиях».

Второй тезис о «полном использовании энергетического потенциала» обсуждается атомной наукой многие десятки лет. Переход на замкнутый топливный цикл - уже на стадии практической программы. При этом, наверное, достаточно очевидно, что «полное использование сырья» или воспроизводство топлива - прерогатива не единственной реакторной технологии. Однако возможные варианты (быстрые реакторы с расширенным воспроизводством, термоядерные источники нейтронов и др.) просто не рассматриваются.

Что касается третьего тезиса о «радиационно-эквивалентном захоронении», то, как было показано В.Ф. Цибульским и др., для воплощения в жизнь этой идеи потребуется обеспечить вряд ли достижимое на практике непревышение уровня неконтролируемых потерь при переработке ОЯТ - порядка 10^-⁴%. Что касается самого принципа радиационно-эквивалентного захоронения, то стоит заметить, что радиоактивность литосферы Земли составляет порядка 3´10³¹ Бк (причем более чем на 90% определяется отнюдь не тяжелыми элементами, а изотопом К⁴⁰) и неуклонно уменьшается. Поскольку эта величина превышает, например, активность всех накопленных за «ядерную историю» России отходов (включая ОЯТ) на 12 порядков, то демонстрируемая забота о планете выглядит не более, чем пропагандистским трюком, не являющимся научным аргументом в пользу того или иного реакторного проекта. Фундаментальный принцип МАГАТЭ по безопасному обращению с радиоактивными отходами - удержание их образования на минимальном практически осуществимом уровне - представляется вполне достаточным требованием для прогнозируемой перспективы.

Тезис о «технологическом усилении режима нераспространения» вызывает недоумение. Непонятно, почему противодействие распространению включается в число «главных научных идей инновационной концепции» для проектов, позиционируемых как основа новой технологической платформы именно России. Кстати, в упоминаемом отчете-2013 постулируется: «Поскольку Россия обладает таким оружием и имеет развитую инфраструктуру его обслуживания и производства, проблемы распространения именно ядерного оружия внутри страны не существует. Эта проблема должна решаться применительно к ядерным технологиям и установкам, которые Россия продает в другие страны». Довольно трудно представить саму возможность распространения предприятий пристанционного ядерного топливного цикла - плутониевых мини-заводов - по странам и континентам.

Тезис о «конкурентоспособности», предполагающий невозможность таковой для существующей ядерной энергетики, а также последующее ее достижение с помощью тех реакторов, которые авторы разработают в будущем, возвращает нас к бессмертному сравнению отцом американского ядерного флота, адмиралом Риковером, «реальных» и «бумажных» реакторов: «Академические» реакторы или станции почти всегда имеют следующие основные характеристики: их конструкция проста; … они дешевы; … их можно построить очень быстро; они практически не требуют НИОКР и используют в основном уже имеющиеся «на складе» компоненты; … сейчас они не строятся. С другой стороны, «реальные» реакторы можно отличить по следующим характеристикам: они строятся сейчас; их строительство отстает от графика; они требуют огромного объема НИОКР в областях, казалось бы, тривиальных – в частности, одной из проблем здесь является коррозия; они очень дороги; их постройка занимает очень много времени из-за инженерных проблем; … их конструкция сложна…».

Как справедливо отмечает цитируемый авторами проф. Б.Г. Гордон: «Нельзя же исключить, что при реализации этой стратегии будут обнаружены такие особенности прокламируемой технологии, которые сделают невозможным ее масштабную эксплуатацию». Заявления о «неустранимом потенциале опасности» практически всех существующих реакторных технологий, так же как и попытки обосновать их экономическую неконкурентоспособность по сравнению с концепцией, еще не доказавшей «теорему существования», представляют собой спекуляцию, неприемлемую в научно-техническом обосновании.

Таким образом, для научного обсуждения остается тезис об «исключении тяжелых аварий». Прежде всего заметим, что трудно согласиться с позицией, квалифицирующей тяжелые аварии, инициированные внутренними и внешними причинами, как совершенно независимые явления. Сейсмическая устойчивость реакторов с большим количеством сверхтяжелого теплоносителя требует, по мнению ряда экспертов, весьма детального обоснования.

По существу, вводимое понятие «естественной безопасности», сводится к декларации необходимости развития реакторных технологий по давно разработанному пути. Концепция безопасности, изложенная в документах МАГАТЭ, основана на принципах глубокоэшелонированной защиты и культуры безопасности, которые должны обеспечиваться для любых установок с любым конкретным уровнем свойств внутренней самозащищенности. К направлению развития этих свойств «внутренне присущей безопасности» относят такие группы технических свойств и решений, как:

·         максимально возможное устранение и уменьшение опасных факторов: уменьшение запаса реактивности, снижение давления, температуры, химической активности (или соответствующего выбора) теплоносителя, выбор соответствующих материалов, условий их работы, соответствующих запасов в эксплуатационных условиях и др.;

·         эффективные отрицательные обратные связи при отклонении процессов от нормы, обеспечивающие самогашение аварийных процессов;

·         использование естественных и саморегулируемых процессов и самосрабатывающих устройств прямого действия, исключающих или уменьшающих возможность исходных аварийных отказов, повреждений и др.

Практически, «новое слово» авторов концепции состоит в декларации о соответствии предлагаемого реактора этим требованиям. При этом возможностями других реакторных технологий двигаться по пути развития свойств внутренне присущей безопасности (переход на микротвэлы в легководных реакторах, корректировка состава теплоносителя или отказ от натрия во втором контуре натриевых реакторов и т.д.) пренебрегается.

Принципиальное отличие выдвинутой концепции «естественной безопасности» от выработанных мировым реакторным сообществом за десятилетия принципов является, хотя и не явное, допущение «абсолютной безопасности». Оно маскируется множеством иносказаний: «гарантированное освобождение ядерной энергетики от значимых рисков», «детерминистское исключение риска», «гарантированное подавление источников рисков», «полный иммунитет ядерной энергетики по отношению к риску», «достижение естественной безопасности ставит перед собой комплексную цель исключения всех аварий», «высший уровень безопасности, предполагающий гарантированное неразрушение первого защитного барьера или всех защитных барьеров» и т.д.

При этом анализ путей развития внутренне присущей безопасности и способов приближения к «идеальному реактору», возможность существования которого отнюдь не доказана, да и не может быть доказана, «незаметно» подменяется безапелляционным утверждением, что единственное решение найдено и теоретически обосновано: «Только технология БРЕСТ удовлетворяет принципам естественной безопасности и может служить основой новой технологической платформы конкурентоспособной атомной энергетики».

Оставшиеся проблемы, как следует из отчета-2013, в основном сводятся к «срокам получения разрешения на строительство и графику строительно-монтажных работ… РУ БРЕСТ-ОД-300», а также к «риску дополнительных расходов на стадии строительства».

Остается признать, что последняя цитата о дополнительных расходах представляет собой естественный (без всяких кавычек) и закономерный результат четырехлетней работы над проектом. Согласно последним данным СМИ («Коммерсант», 18.04.2014 г.), проект БРЕСТ-300 «предполагает финансирование» в 84 млрд. рублей. Это примерно столько, сколько, по оценкам Минэнерго, требуется для строительства необходимых мощностей электрогенерации в Крыму.